真空断路器工作原理和应用。真空断路器工作原理 断路器（空气开关）常识简介 断路器，又称空气开关，也称自动开关，低压断路器。原理是：当工作电流超过 额定电流、短路、失压等情况下，自动切断电路。 目前，家庭总开关常见的有闸刀 开关
真空断路器工作原理 断路器（空气开关）常识简介 断路器，又称空气开关，也称自动开关，低压断路器。原理是：当工作电流超过 额定电流、短路、失压等情况下，自动切断电路。 目前，家庭总开关常见的有闸刀 开关配瓷插保险（已被淘汰）或空气开关（带漏电保护的小型断路器）。目前家庭使 用 DZ 系列的空气开关，常见的有以下型号 /规格： C16 、 C25 、 C32 、 C40 、 C60 、 C80 、 C100 、 C120 等规格，其中 C 表示脱扣电流，即起跳电流，例如 C32 表示起 跳电流为 32 安，一般安装 6500W 热水器要用 C32 ，安装 7500W 、8500W 热水器要 用 C40 的空开。 真空断路器工作原理与其他断路器相比之是灭弧介质不同罢了，真空不存在导电 介质，使电弧快速熄灭，因此该断路器的动静触头之间的间距很少。该断路器一般用 于电压等级相对低的厂用电配置中！随着电力系统的迅猛发展， 10KV 真空断路器 在我国已经大批量地生产和使用。对于检修人员来说，提高对真空断路器的认识，加 强维护保养，使其安全运行，成了一个迫在眉睫的问题。本文以 ZW27 — 12 为例， 简要说明真空断路器的原理与维修。 一、真空的绝缘特性 真空具有很强的绝缘特性，在真空断路器中，气体非常稀薄，气体分子的自由行 程相对较大，发生相互碰撞的几率很小，因此，碰撞游离不是真空间隙击穿的主要原 因，而在高强电场作用下由电极析出的金属质点才是引起绝缘破坏的主要因素。 真空间隙中的绝缘强度不仅与间隙的大小，电场的均匀程度有关，而且受电极材料的 性质及表面状况的影响较大。真空间隙在较小的距离间隙（ 2 — 3 毫米）情况下，有 比高压力空气与 SF6 气体高的绝缘特性，这就是真空断路器的触头开距一般不大的 原因。 电极材料对击穿电压的影响主要表现在材料的机械强度（抗拉强度）和金属材料 的熔点上。抗拉强度和熔点越高，电极在真空下的绝缘强度越高。 实验表明，真空度越高，气体间隙的击穿电压越高，但在 10-4 托以上，就基本 保持不变了，所以，要保持真空灭弧室的绝缘强度，其线 托。 二、真空中电弧的形成与熄灭 真空电弧和我们以前学习的气体电弧放电现象有很大的差别，气体的游离现象不 是产生电弧的主要因素，真空电弧放电是在触头电极蒸发出来的金属蒸汽中形成的。 同时，开断电流的大小不同，电弧表现的特点也不同。我们一般把它分为小电流真空 电弧和大电流线 、小电流真空电弧 触头在真空中开断时，产生电流和能量十分集聚的阴极斑点，从阴极斑点上大量 地蒸发金属蒸汽，其中的金属原子和带电质点的密度都很高，电弧就在其中燃烧。同 时，弧柱内的金属蒸汽和带电质点不断地向外扩散，电极也不断的蒸发新的质点来补 充。在电流过零时，电弧的能量减小，电极的温度下降，蒸发作用减少，弧柱内的质 点密度降低，最后，在过零时阴极斑消失，电弧熄灭。 有时，蒸发作用不能维持弧柱的扩散速度，电弧突然熄灭，发生截流现象。 2 、大电流真空电弧 在触头断开大的电流时，电弧的能量增大，阳极也严重发热，形成很强的集聚型 的弧柱。同时，电动力的作用也明显了，因此，对于大电流真空电弧，触头间的磁场 分布就对电弧的稳定性和熄弧性能有决定性的影响。如果电流太大，超过了极限开断 电流，就会造成开断失败。此时，触头发热严重，电流过零以后仍然蒸发，介质恢复 困难，不能断开电流。 三、断路器的结构和工作原理 真空断路器的生产厂家比较多， 型号也较繁杂。 按使用条件分为户内 （ ZNx — ** ） 和户外（ ZWx — ** ）两种类型。主要由框架部分，灭弧室部分 ( 真空泡 ) ，和操动机构 部分组成。 断路器本体部分由导电回路，绝缘系统，密封件和壳体组成。整体结构为三相共 箱式。其中导电回路由进出线导电杆，进出线绝缘支座，导电夹，软连接与真空灭弧 室连接而成。 机构为电动储能，电动分合闸，同时具有手动功能。整个结构由合闸弹簧，储能 系统，过流脱扣器，分合闸线圈，手动分合闸系统，辅助开关，储能指示等部件组成。 工作原理 真空断路器利用高真空中电流流过零点时，等离子体迅速扩散而熄灭电弧，完成 切断电流的目的。 动作原理 储能过程：当储能电机 14 接通电源时，电机带动偏心轮转动，通过紧靠在偏心 轮上的滚子 10 带动拐臂 9 及连板 7 摆动，推动储能棘爪 6 摆动，使棘轮 11 转动， 当棘轮 11 上的销与储能轴套 32 的板靠住以后，二者一起运动，使挂在储能轴套上 32 上的合闸弹簧 21 拉长。储能轴套 32 由定位销 13 固定，维持储能状态，同时， 储能轴套 32 上的拐臂推动行程开关 5 切断储能电机 14 的电源，并且储能棘爪被抬 起，与棘轮可靠脱离。 合闸操作过程：当机构接到合闸信号后（开关处于断开，已储能状态），合闸电 磁铁 15 的铁心被吸向下运动，拉动定位件 13 向逆时针方向转动，解除储能维持， 合闸弹簧 21 带动储能轴套 32 逆时针方向转动，其凸轮压动传动轴套 30 ，带动连板 29 及摇臂 27 运动，使摇臂 27 扣住半轴 25 ，使机构处于合闸状态。此时，连锁装 置 28 锁住定位件，使定位牛不能逆时针方向转动，达到机构联销的目的，保证了机 构在合闸位置不能合闸操作。 分闸操作过程：断路器合闸后，分闸电磁铁接到信号，铁芯吸合，分闸脱扣器 19 中的顶杆向上运动，使脱扣轴 16 转动，带动顶杆 18 向上运动，顶动弯板 26 并带 动半轴 25 向反时针方向转动。 半轴 25 与摇臂 27 解扣，在分闸弹簧的作用下，断路器完成分闸操作。 四、断路器的调试 开距与超行程断路器的开距与超行程的测量可以根据图三所示，在分合闸状态测 量出的 X 值之差为断路器的开距，Y 值之差为断路器的超行程。调整的方法为放长 或缩短绝缘操作杆 3 或机构与主轴的连杆。 分合闸机构调整 1 、摇臂 27 与半轴 25 的扣接量为 1.5~2.5mm, 可以通过调整螺钉 24 来实现。 2 、传动轴套 30 转动最大角时，摇臂 27 与半轴间要有 1.5~2mm 的间隙，以 保证传动轴套回落到合闸位置时，摇臂 27 能自动扣接到半轴 25 上，可以通过螺钉 31 的调节来实现。 3 、辅助开关 2 的转换应准确可靠，可以通过调整辅助开关 2 的拐臂 3 位置及位 杆 4 的长短来实现。 4、 在储能过程中， 当棘爪到达最后一个齿的最高点时， 应能保证储能轴套 32 上 的拐臂使行程开关的触点可靠切换，切断电机电源，可以通过调整行程开关 5 的上 下前后位置来实现。 5 、调整分闸合闸弹簧的预拉长度，保证断路器的可靠分合，且分合闸速度达到 规定值。 五、断路器的控制回路 在我国的农网 35KV 标准化变电站中，采用了控制母线和合闸母线分开的原则。 在短路器的辅助常闭接点与合闸线圈之间，把断路器储能行程开关的一对常开接 点串联进控制回路。这样，在断路器未储能的情况下，将不能进行合闸操作。防止了 在断路器未储能的情况下合闸，合闸回路保持，烧毁合闸线圈。 同时，在接线的过程中，要注意储能行程开关接点中合闸母线与控制母线的极性 要一致，防止出现在开关蓄能时，合闸回路的电弧击穿行程开关，造成控制保险的熔 断或控制空气开关的掉闸。 这一点在综合自动化变电站上要特别注意。 六 、运行维护与检修试验 真空断路器的燃弧时间短，绝缘强度高，电气寿命也较高，触头的开距与行程小， 操作的能量小，因此，机械寿命也较高。在日常的运行中，维护工作量很小，主要检 查机构的运动部件磨损情况，紧固件有无松动，清除绝缘表面的灰尘，在活动部位注 入一些润滑脂等。 在春检预防性试验中，对开关的直流电阻测试要与历史数据进行比较，发现问题及时 处理更换，对断口的工频耐压试验，是检验真空泡是否漏气的有效方法。（户内真空 断路器可以借鉴断开负荷时，真空泡内闪光的颜色来初步判断真空泡的真空度，颜色 暗红时表明真空度降低，颜色淡蓝时，表明真空度良好）保护定植校验时，对断路器 做低电压掉合闸试验，检验开关在母线故障状态时，电压降低时动作是否可靠。 真空断路器的发展与表现 一、专用真空断路器 面临极其不同的开断任务，新的专用断路器应运而生。如果用于发电机保护断 路器的特大容量真空断路器（短路开断电流高达 63 ～ 80kA 及以上），标准型真空断 路器（短路开断电流 25 ～ 50kA ），经济型线kA ），频繁型真空断 路器（如操作次数 5 ～ 6 万次），超频繁型真空断路器（如操作次数 10 ～ 15 万次）。 如西门子公司的 3AH 系列断路器就按使用场合划分为 5 种型号， 其中 3AH1 和 3AH3 型为标准型，操作 10000 次， 3AHZ 型为频繁型，操作 6 万次， 3AH4 为超频繁型， 操作 12 万次， 3AH5 型为经济型，价格便宜。 二、低过电压型真空断路器 众所周知，真空断路器因截流会引起截流过电压，特别在开断小的感性负截如电 动机时，一般情况下，为限制过电压而给真空断路器配过电压吸收装置如 Sic ? RC 路， ZnO 避雷器等，这使断路器结构庞大且复杂化，而且有的限制过电压不理想。 四、主要优点 EA9R 漏电保护断路器，为预拼装式漏电保护断路器（断路器 + 漏电附件），是最大 限度地避免了误拼装漏电附件的风险。可同时提供过载、短路、漏电保护功能。当发 生漏电保护装置动作时，装置的正面有红色的机械指示可区别漏电故障与其它保障。 五、选择断路器（空气开关）安培计算法 1 匹 =735W ≈ 750W 1.5 匹 =1.5 × 750W=1125W 2 匹 =2 × 750W=1500W 2.5 匹 =2.5 × 750W=1875 W 此计算法以此类推。 (1) 例： 3 匹空调 器应选择多少 A 的空气开关？（ 220V 电压） 750W ×3 匹 =2250W ×3 倍（冲击电流） =6750W ÷ 220V=30.68A ≈ 32A 。 (2) 例 5 匹空调应选择多少 A 的空气开关？ ( 380V 电压 ) 750W ×5 匹 =3750W ×3 倍（冲击电流） =1125W ÷ 380V=29.60 ≈ 32A( 功率÷电压 = 安培 ) 注：空气开关在额定负载时平均操作使用寿命 20000 次。在了解了漏电开关，空气 开关的原理、功能的情况下一般在为客户选配配电箱的过程中，应本着照明小，插座 中、空调大的选配原则。可根据客户的要求和装修个性的差异性，结合实际情况进行 灵活的配电方案。配电方案有无数种，以下就五种常用的配置方案特点、安装注意事 项供客户参考。 六、说明要点 1.微型漏电器的漏电附件动作时间，有意识的延时是没有的，但是动作是有一个过程 的，这个过程需要一定的时间， IEC10091 中的 5.3.8 以及 GB16917.1 中的 5.3.8 条 例中对此都有明确的限定， 要求最大动作时间小于 0.3 秒， 本产品基本上可以做到 0.06 秒； 2.漏电开关只有漏电保护功能，而漏电保护断路器有短路保护、过载保护和漏电保护 功能； 3.采用条形码管理系统，可靠的条形码和防伪标签双保险系统，双重识别，双重保护。 七、断路器（空气开关）的极性和表示方法 单极 220V 切断火线V 火线与零线V 三相线V 三相火线一相零线全部切断。 八、选购安装 现代家居用电应按照明回路、电源插座回路、空调回路、分开布线，当其中一个回路 （如插座回路）出现故障时，其他回路仍可以正常供电。插座回路须安装漏电保护装 置，防止家用电器漏电造成人身电击事故。 1 、住户配电箱总开关一般选择双极 32-63A 小型断路器或隔离开关。 2 、照明回路一般 10-16A 小型断路器。 3 、插座回路一般选择 16-20A 的漏电保护断路器。 4 、空调回路一般选择 16-25A 小型断路器。 5 、采用双极或 1P+N（相线 +中性线）断路器，当线路出现短路或漏电故障时，立即 切断电源的相线和中性线，确保人身安全及用电设备的安全 聚优网
